[发明专利]航空摄影机系统和修正航拍失真的方法

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于修正由前飞运动造成的航拍失真的方法，该航拍是用航空摄影机从飞行物拍摄的，本发明还涉及根据权利要求8的前序部分的拍摄航空影像的方法，本发明还涉及根据权利要求9的前序部分的航空摄影机系统以及根据权利要求12的计算机程序产品。

带有大多是高分辨率的光敏电子面状传感器的航空摄影机是早就已知的，并且被用于拍摄航空影像，该航空影像例如是从在一定飞行高度以一定飞行速度运动的飞行物拍摄的。一般，已知的航空摄影机具有中心全局光圈快门。

这样的航空摄影机例如在公开文献DE 199 32 065 A1中有描述。

为了获得清晰的图像，使尤其包括许多CCD行或CMOS行的面状传感器的光敏像素与物镜像面重合。根据所用物镜的焦距和光圈，只容许在像面和焦平面即面状传感器表面之间有小的位置偏差。

从运动摄影技术中知道了，例如为了清晰地拍摄赛跑运动员的影像，使摄影机在曝光时间内随着赛跑运动员的运动而转动。否则将获得赛跑运动员的模糊图像，它具有所谓的运动模糊。

同样的问题也出现在飞行器所用的光电侦察系统中。在针对例如位于航空摄影机拍摄范围内的某个地表坐标方格的曝光时间或者说积分时间内，出现待拍摄的坐标方格关于设置在飞行物中的航空摄影机位移的情况。随后，该效果在这种拍摄中同样导致所拍摄的航空影像的变形或者说运动模糊。

US 5,460,341公开一种航空摄影机，焦平面在此可借助线性调节机构来调节，以补偿在不同方向的焦点漂移。该航空摄影机包括焦点漂移传感器，它测定构成投影光学系统的部分的位置，还包括温度传感器，它测定投影光学系统的不同区域的温度。于是，借助通过计算机仿真确定的焦点漂移值，根据焦点漂移传感器的值和温度传感器的值来追踪焦平面。

由DE 195 02 045公开一种具有航空摄影机的CCD行的焦平面，它可借助压电调节元件垂直于光轴地移动。由此能够补偿图像变形或者说运动模糊，这种图像变形或者说运动模糊由曝光过程中的前飞运动和因而摄影机相对于被拍地表的相对运动引起。

EP 1 570 314 B1和US 3,744,387也描述了能通过调节元件补偿前飞运动的航空摄影机，这种补偿造成对传感器或者胶片的相应追踪。

其它已知用于减轻在拍摄相对摄影机移动的物体时的图像模糊的做法针对缩短曝光时间。

因此知道了，例如在采用缝隙光圈快门时，可以获得与在中心全局光圈快门时所需要的曝光时间相比更短的曝光时间。

在缝隙光圈快门中采用两个光圈元件，它们也称为幕帘。在不进行曝光的基础位置上，两个幕帘中的第一幕帘被关闭，从而传感器完全被第一幕帘遮盖，而第二幕帘打开，传感器未被遮盖。为了图像拍摄，第一幕帘打开并且按照常见方式以恒定速度移动经过图像。一旦对于因第一幕帘开启而先露出的传感器行达到期望的曝光时间，则第二幕帘开始关闭并且以例如恒定速度和与第一幕帘相同的方向移动经过图像。由此，缝隙光圈似乎滚过或者移动经过图像。

这种光圈快门类型的结果就是，该面状传感器的各个位置(即分别在时间上先后被露出曝光并且被重新遮盖的传感器行)在不同时刻被曝光。由此，各个传感器行具有不同的中心曝光时刻。

各个传感器行的曝光持续时间可以由此(与中心光圈时的曝光持续时间相比)被显著缩短。因此，可以减轻在拍摄相对于摄影机运动的物体时的图像变形或者说运动模糊。不过，因为投影图像本身在航拍中因前飞运动而相对于传感器并相对于缝隙光圈的幕帘尤其平行地移动，所以取决于各个传感器行的不同曝光时刻，由传感器拍摄的地表航空影像或是被压缩(即被压扁)，或是被拉长(即长度伸长)，这取决于缝隙光圈是否在投影图像的相同方向或者相反方向上移动经过面状传感器。

在WO 2007/08159中描述了在利用缝隙光圈快门情况下的图像拍摄方法，例如用于运动摄影，在这里，从两次前后拍摄的照片中确定出移动的物体的位移。根据该位移以及各个传感器行的不同曝光时刻，通过相应改变两次拍摄的照片之一而形成经过修正的图像。

不过在航拍中碰到以下情况，投影图像在拍摄中相对于传感器的漂移速度不保持恒定，这是因为漂移速度尤其取决于相对于待拍摄的地表的飞行高度和飞行速度。这可能导致不希望有的航拍失真。

因此，本发明的任务是提供一种用于修正向前飞行运动所引起的航拍失真的改进方法，该航拍是利用航空摄影机的缝隙光圈快门从飞行物拍摄的，以及提供一种用于此的改进的航空摄影机系统。

尤其是，此时能够实现对失真的更好补偿，所述失真是由各传感器行的由缝隙光圈快门造成的不同曝光时刻所引发的。